Анализ возможности увеличения нагрузок по подошве фундаментов

(по А. П. Коновалову)

Таблица 3.2

Увеличение нагрузок на здания в Москве без усиления фундаментов лишь в одном случае вызвало осадку 2,8см, а в остальных случаях величина прироста осадок не превышала 1,8 - 2,2см при средней 0,9см. Аналогичные минимальные дополнительные осадки при надстройке зафиксированы Мосгоргеотрестом при наблюдении за 50 жилыми зданиями построим после 1917г.

Существенно иное соотношение Р/R (см. рис. 2.4) имеет место при реконструкции зданий на слабых грунтах. Слабые грунты Петербурга Архангельска, Риги специфичны, и реконструкция на них, связанная с увеличением нагрузки на существующие фундаменты, сложнее, чем е городах с относительно хорошими грунтами. Здесь во многих случаях не обойтись без специальных мер по усилению фундаментов, а в ряде случаев - и надземных конструкций.

Однако опыт реконструкции и надстройки зданий в Москве, Петербурге, Нижнем Новгороде, Куйбышеве и других городах свидетельствует, что передача дополнительных нагрузок на фундаменты и грунты основания возможна, если учтены особенности грунтов, сформировавшихся вследствие длительного уплотнения под нагрузкой.

Во всех случаях работы по усилению оснований и фундаментов должны быть сведены до минимума. К ним обычно прибегают, когда все меры по усилению надземных конструкций исчерпаны. Это связано со значительной трудоемкостью работ по усилению оснований и фундаментов по традиционной технологии. (Фундаменты обычно вскрываются до подошвы, что небезопасно.)

Новые технологии пока не имеют массового применения, так как находятся в стадии разработки. Не отработана также методика расчета необходимости усиления. Используются обычно простейшие инженерные приемы, не всегда пригодные в сложных случаях реконструкции.

Рассмотрим историю становления современных норм с точки зрения потребностей реконструкции. С конца 30-х гг. нормирование давлений на грунты оснований производилось в соответствии с "Нормами проектирования естественных оснований промышленных и гражданских зданий" (ОСТ 9004-38). Предельное увеличение нагрузки, при котором можно обойтись без специальных работ по усилению оснований и фундаментов, определялось по ряду условий:

• давление на уровне подошвы фундаментов после надстройки не превышает допустимые значения по ОСТ;

• толщина однородного грунтового слоя в основании здания или сооружения достаточно велика;

• грунты основания не размываются грунтовыми или другими водами;

• сжимаемость оснований невелика.

Фактическое давление на грунты основания после увеличения нагрузки в процессе реконструкции (надстройки) не должно было превышать "допустимое" давление с повышающим коэффициентом k, равным 1,1 -1,5 в зависимости от вида грунта. Если это условие не соблюдалось, требовалось усиление оснований и фундаментов.

В 1941г вышли "Указания по проектированию и строительству фундаментов на естественном основании в условиях военного времени" (У21-41). В них отмечалось: "...если в конструкциях здания или сооружения нет трещин от предшествующих неравномерных осадок, допускаемое давление для всех видов реконструкции можно повышать на 40%".

В начале 40-хгг. при Ленгорисполкоме работала специальная комиссия по изучению возможности повышения фактических давлений на грунты основания в зависимости от срока эксплуатации сооружения. В заключении работы комиссии отмечено, что можно увеличить нагрузки для глинистых грунтов на 20-30%, для среднезернистых песчаных - на 40-60% и крупнозернистых песков - на 100%.

Такая практика назначения критериев для увеличения нагрузки на фундаменты оказалась в ряде случаев просто опасной. Назначенные комиссией давления под подошвой фундамента не имели должного обоснования. Наблюдались случаи развития значительных деформаций уже после увеличения нагрузки на 20-40% и "создавалась угроза зданию в целом и его части" [4].

Ряд аварийных ситуаций дал повод к более осторожному отношению к составлению рекомендаций, в том числе к вопросу об усилении оснований и фундаментов. В ведомственных "Технических указаниях проектирования капитального восстановления и строительства новых мостов и труб" (ТУМП-47), изданных в 1948г, разрешалось при использовании старых фундаментов, прослуживших без дефектов более 20 лет, повышать давление на грунт с учетом его уплотнения только на 25% .

Согласно нормам 1949г (НиТУ 6-48) допускаемые давления "могут быть повышены против действующих в соответствии с тем состоянием плотности и влажности грунтов под фундаментами, а также состоянием конструкций сооружения, которые будут выявлены при освидетельствовании". Эти требования весьма общи, и нет пояснений, до каких пределов можно повышать нагрузку в процессе реконструкции без специальных мер по усилению фундаментов.

В НиТУ 127-55 и СНиП II Б. 1-62 повышение давления на основание при надстройках ограничено без всяких обоснований величиной 20%. В действующем СНиП 2.02.01-83* вообще отсутствуют разделы, регламентирующие повышение нагрузки на фундаменты для целей реконструкции.

Таким образом, используя официальные нормативные документы, нельзя установить предел, превышение которого требует использования специальных технологических приемов по усилению оснований и фундаментов. Однако эти документы представляют несомненный интерес, так как согласно их рекомендациям надстроено большое количество зданий с усилением и без усиления фундаментов. Надстройки выполнялись фактически интуитивно, а технологические приемы усиления назначались без должного расчетного обоснования, в силу этого технологии реконструкции фундаментов не учитывали фактически сформировавшегося напряженно-деформированного состояния грунтов основания.

Отметим, что ряд авторов и отдельные институты предложили достаточно интересные, хотя и спорные инженерные приемы. Предлагалось вводить к нормируемому значению расчетного сопротивления грунта основания коэффициенты, учитывающие уплотнение грунтов в процессе эксплуатации зданий. Согласно одному из предложений вводился коэффициент т, зависящий от степени реализации величины расчетного сопротивления R, который должен был учесть улучшение прочностных и деформационных характеристик грунта в процессе длительной эксплуатации.

R_упл=m·R₇ (2.1)

где: m=f(р₀/R₇); R₇ - величина расчетного сопротивления, определяемая по формуле (7) СНиП 2.02.-83* без учета уплотненности грунтов; р₀ - фактическое давление на грунты основания на момент планируемой реконструкции (до надстройки).

Рекомендуемые значения коэффициента m· приведены в табл. 2.3.